[发明专利]一种含有碳纳米管的硅橡胶复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米复合材料技术领域，具体涉及一种含有碳纳米管的硅橡胶复合材料的制备方法。

背景技术

粒子填充改性是实现高分子材料高性能化及功能化的有效途径。碳纳米管、石墨烯等纳米粒子的添加，可赋予硅橡胶材料优异的力学性能同时呈现导电、导热等功能特性。填料在聚合物基体中的有效分散是优异改性效果获得的首要条件。但由于纳米粒子间自身范德华力等作用极易团聚、粒子与硅橡胶间相容性差等问题的存在，造成粒子在聚合物中分散困难，严重影响改性效果。围绕着如何实现“纳米粒子在聚合物基体中的有效分散”，是高分子复合材料领域一直关注的热点，也是难点所在。

填料表面改性是实现粒子有效分散的常用手段。但改性往往对填料本身的结构与性能存在很大影响。如强酸氧化处理时，因打断碳纳米管、破坏其表面结构等作用的存在，导致其大长径比所致的优势削弱，性能经常变差(氧化时间对多壁纳米碳纳米管结构与性能的影响，应用化学，2005，59-62)。且改性工艺复杂，处理前后质量损耗大等问题的存在，用此法来实现碳纳米管等昂贵填料的分散无法满足工业化需求。专利(CN 10207090B)公开了一种碳纳米管填充硅橡胶复合材料及其制备方法，为提高碳纳米管的分散性及其与基体的相容性，碳纳米管需先进行了复杂的氧化、硅烷偶联剂表面改性处理。因此，如何通过简易的途径优化填料分散，对高性能纳米粒子填充硅橡胶材料的开发研究及其规模化生产具有重要指导意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前的硅橡胶中碳纳米管的分散比较复杂的问题，提供了一种含有碳纳米管的硅橡胶复合材料的制备方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种含有碳纳米管的硅橡胶复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)预分散：按重量份数计，将1-10份聚倍半硅氧烷和0.1-5份碳纳米管添加到溶剂中，首先用磁力搅拌分散10-30min，然后在室温条件下，采用功率1000-500000Hz的超声分散10-30min，得到碳纳米管悬浮液；溶剂的用量为1g碳纳米管用25-50ml溶剂；

(2)碳纳米管/硅橡胶原料共混物的制备：先将硅橡胶原料溶于溶剂，然后与碳纳米管悬浮液混合，并高速搅拌，条件依次为：首先500rpm搅拌5min，然后2000rpm搅拌15min，最后3000rpm搅拌15min；得到聚倍半硅氧烷/碳纳米管/硅橡胶的混合溶液，排除溶剂后，得到碳纳米管/硅橡胶原料共混物；

硅橡胶原料为乙烯基封端的液体硅橡胶时，溶剂中硅橡胶原料的投料为1ml溶剂投入1g硅橡胶原料；

硅橡胶原料为乙烯基封端的固体硅橡胶时，溶剂中硅橡胶原料的投料为3-5ml溶剂投入1g硅橡胶原料；

(3)碳纳米管/硅橡胶共混物的成型：

A硅橡胶原料为乙烯基封端的液体硅橡胶的成型

将步骤(2)得到的共混物中的1/3-1/2与含氢硅油共混，其余部分与催化剂及助剂共混，然后将上述两部分料搅拌共混后脱泡，移入模具，加热硫化，制备得到硅橡胶复合材料；硫化工艺为60-150℃下硫化0.25-5h；得到含有碳纳米管的硅橡胶复合材料；

B硅橡胶原料为乙烯基封端的固体硅橡胶

在步骤(2)得到的共混物中添加硫化剂，在平板硫化机中经高温硫化后得到硅橡胶复合材料；硫化工艺为170-190℃、5-15Mpa下，硫化10-15min；得到含有碳纳米管的硅橡胶复合材料。

聚倍半硅氧烷与硅橡胶具有一定的相似相容性，采用溶液共混法可以实现聚倍半硅氧烷在硅橡胶内部的良好的分散性。当聚倍半硅氧烷的含量低于10wt％时，聚倍半硅氧烷基本达到分子级别的分散。且硅橡胶硫化过程中，聚倍半硅氧烷上的乙烯基可参与交联，化学键作用起到良好的固定作用，实现填料分布结构的稳定。共混物中，添加聚倍半硅氧烷后，聚倍半硅氧烷可以很好的插入到在力场作用下打开的碳纳米管间，从而提高碳纳米管在溶剂中的分散程度与分散稳定性。之后再与硅橡胶溶液共混时，继续发挥这种优势，再结合前面所述聚倍半硅氧烷本身在基体中具有优异分散的特点，从而实现碳纳米管在硅橡胶基体中的良好分散。

聚倍半硅氧烷能够促进碳纳米管在硅橡胶中的分散。